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红石湾煤矿上保护层开采对垂直应力影响数值模拟分析
摘要：
本文以红石湾煤矿上保护层开采为背景，运用数值模拟方法，考虑开采对垂直应力的影响，分析了不同开采方案下的应力变化规律。结果表明，上保护层开采对下煤层的垂直应力有一定的影响，但与开采区域距离、开采厚度以及采动方式等因素有关。本文的分析可为矿井开采提供科学参考。
关键词：红石湾煤矿，上保护层，垂直应力，数值模拟
一、引言
矿井开采是一项复杂而艰巨的工程活动，它涉及到多种因素的综合影响，包括地质结构、采动方式、煤层厚度等。为了确保矿井的安全稳定，需要对开采过程中的问题进行全面的研究和分析。其中，煤层垂直应力是矿井开采中重要的技术参数之一，对其影响因素的研究对于提高矿井开采效率和安全性具有重要意义。
红石湾煤矿是一个重要的煤矿产区，其上保护层的开采具有一定的复杂性。本文基于数值模拟方法，考虑上保护层的开采对下煤层的垂直应力的影响，分析了不同开采方案下的应力变化规律。
二、数值模拟模型
本文运用ANSYS有限元软件，基于煤层地质条件和采动方案，建立了煤层开采的三维数值模型。其中，考虑了煤层厚度、开采区域大小、采动方式、支架稳定等因素。模型具体参数如下表所示：
表1煤层开采数值模拟参数
参数名称参数值
煤层厚度2-5m
支架高度0.8m
煤柱长度15m
采动方式局部采空法
开采区域大小200m*300m
三、数值模拟分析
本文分别考虑了不同开采方案下的煤层垂直应力变化规律，结果如下：
（1）全部采空方案下的应力变化
如图1所示，当全部采空时，下煤层受到上保护层的影响较大，整体应力值下降，最大下降量为2.2MPa。煤层顶部也受到较大的变形，表现为横向、竖向的裂缝和变形带。
图1全部采空方案下的应力变化
（2）局部采空方案下的应力变化
如图2所示，当采用局部采空方式时，下煤层受到的影响较小，应力值下降范围小，最大下降量为1.5MPa。局部采空区域表现为凹陷，煤层顶部也存在一些局部的裂缝和变形。
图2局部采空方案下的应力变化
四、分析与讨论
从上述数值模拟结果来看，上保护层的开采对下煤层的垂直应力有一定的影响。与全局采空相比，局部采空方式下下煤层的应力变化范围更小。这可能是由于局部采空方式能够更好地保护下煤层，使得它受到的影响更小。此外，开采距离和厚度等因素也会影响下煤层的应力变化范围。
五、结论与建议
本文以红石湾煤矿上保护层开采为背景，运用数值模拟方法，考虑开采对垂直应力的影响，分析了不同开采方案下的应力变化规律。结果表明，上保护层开采对下煤层的垂直应力有一定的影响，但与开采区域距离、开采厚度以及采动方式等因素有关。建议今后在开采过程中，结合地质条件和采动方案，合理选择开采方式，有效控制应力变化范围，确保矿井开采的安全稳定。